ارزیابی تقارن پارامترهای زمانی-فضایی راه رفتن هنگام حمل کوله پشتی با وزن های مختلف به روش یک طرفه و دوطرفه با استفاده از الگوریتم VBT

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه ریاضی، دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه ولی عصر (عج)، رفسنجان، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه بیومکانیک ورزشی، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

چکیده

مقدمه و اهداف
هدف مطالعه حاضر ارزیابی تاثیر حمل کوله­پشتی با وزن­های مختلف به دو روش یک­طرفه و دوطرفه بر تقارن پارامترهای زمانی-فضایی راه رفتن افراد بزرگسال سالم بود.
مواد و روش­ ها
17 آزمودنی دختر سالم با میانگین سن 73/21 سال، برای شرکت در تحقیق حاضر داوطلب شدند. راه رفتن آزمودنی­ ها هنگام حمل کوله ­پشتی به دو روش یک­طرفه و دوطرفه و با وزن­های صفر، 5، 10 و 15 درصد از وزن بدن با استفاده سیستم سه­ بعدی آنالیز حرکت با شش دوربین مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای زمانی-فضایی راه رفتن و شاخص تقارن زمان قدم و طول قدم با استفاده از الگوریتم تردمیل مبتنی بر سرعت (VBT) و برنامه نویسی محاسبه شدند. برای تجزیه ­و­ تحلیل آماری داده­ ها از آزمون تی-همبسته و آزمون آنالیز مکرر واریانس استفاده شد (0/05>p).
یافته­ ها
نتایج تحقیق حاضر نشان داد که با افزایش وزن کوله­ پشتی، مدت زمان فاز استانس، سوینگ و حمایت دوگانه فزایش و طول قدم و تواتر گام­ برداری کاهش پیدا می ­کند. ارزیابی شاخص تقارن نشان داد که این شاخص با افزایش بار اعمال ­شده بر بدن کاهش می­یابد و راه رفتن فرد به سمت عدم تقارن اندام راست و چپ سوق پیدا می ­کند. همچنین مشخص شد که حمل کوله ­پشتی به­ صورت یک­طرفه، شاخص تقارن را نسبت به حمل کوله­ پشتی دوطرفه بیشتر تحت تاثیر قرار می­دهد و باعث کاهش آن می­شود که این تفاوت حین حمل کوله ­پشتی با 15 درصد وزن بدن معنادار بود.
نتیجه­ گیری
با توجه به نتایج به­دست­آمده، پیشنهاد می­ شود برای بهبود شاخص تقارن اندام راست و چپ، وزن کوله ­پشتی از ده درصد وزن بدن تجاوز نکند و روش حمل کوله­ پشتی به­ صورت دوطرفه باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Spatio-Temporal Gait Symmetry during Unilateral and Bilateral Backpack Carrying with Different Weights Using VBT Algorithm

نویسندگان [English]

  • Mahdieh Ebrahimpour 1
  • Sasan Naderi 2
1 Assistant professor, Department of mathematics, School of mathematics science, Vali-e-Asr University, Rafsanjan, Iran
2 PhD Student of Sport Biomechanics, Department of Biomechanics, School of physical education and sport science, Kharazmi University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Background and Aims: The purpose of the present study was to examine the effect of unilateral and bilateral backpack carrying with different weights on the spatio-temporal gait symmetry in healthy adults.
Materials and Methods: Totally, 17 healthy females with the mean age of 21.73 years volunteered to participate in the study. Participants completed carrying unilateral and bilateral backpack with loads of 0, 5, 10, and 15% of their body weight. Then, their gaits were assessed using a 3D motion analysis system with six cameras. Also, the spatio-temporal parameters of the gait and step time and step length symmetry indices were calculated using Velocity-Based Treadmill (VBT) algorithm and coding in MATLAB. Data were analyzed using paired sample t-test and repeated measures ANOVA (p<0.05).
Results: The results of the present study showed that with increasing backpack weight, stance, swing and double support duration increased and the step length and cadence decreased. Evaluation of the symmetry index showed that the symmetry decreases with increasing load exerted to the body and leads to asymmetry of lower extremity. It was also found that unilateral backpack carrying affects the symmetry index more than bilateral backpack carrying; the difference when carrying backpack with 15% of the body weight was found to be significant.
Conclusion: According to the results obtained in the present study, it is recommended that to improve symmetry, the backpack weight should not exceed 10% of their body weight and backpack should be carried bilaterally.

کلیدواژه‌ها [English]

  • symmetry index
  • Spatio-temporal Gait Parameters
  • Backpack
  • Kinematics
1. Wang J, Gillette JC. Carrying asymmetric loads while walking on an uneven surface. Gait & Posture. 2018;65:39-44.##

2. Pascoe DD, Pascoe DE, Wang YT, Shim D-M, Kim CK. Influence of carrying book bags on gait cycle and posture of youths. Ergonomics. 1997;40(6):631-40. ##

3. Hong Y, Brueggemann G-P. Changes in gait patterns in 10-year-old boys with increasing loads when walking on a treadmill. Gait & Posture. 2000;11(3):254-9. ##

4. Marras WS, Granata KP. Spine loading during trunk lateral bending motions. Journal of biomechanics. 1997;30(7):697-703. ##

5. Zhang XA, Ye M, Wang CT. Effect of unilateral load carriage on postures and gait symmetry in ground reaction force during walking. Computer methods in biomechanics and biomedical engineering. 2010;13(3):339-44. ##

6. Matsuo T, Hashimoto M, Koyanagi M, Hashizume K. Asymmetric load-carrying in young and elderly women: relationship with lower limb coordination. Gait Posture. 2008;28(3):517-20. ##

7. Nottrodt JW, Manley P. Acceptable loads and locomotor patterns selected in different carriage methods. Ergonomics. 1989;32(8):945-57. ##

8. Lythgo N, Wilson C, Galea M. Basic gait and symmetry measures for primary school-aged children and young adults whilst walking barefoot and with shoes. Gait Posture. 2009;30(4):502-6. ##

9. Sadeghi H. Local or global asymmetry in gait of people without impairments. Gait Posture. 2003;17(3):197-204. ##

10. Butt SJ, Lebret JM, Kiehn O. Organization of left-right coordination in the mammalian locomotor network. Brain research Brain research reviews. 2002;40(1-3):107-17. ##

11. Sadeghi H, Allard P, Prince F, Labelle H. Symmetry and limb dominance in able-bodied gait: a review. Gait Posture. 2000;12(1):34-45. ##

12. Crowe A, Schiereck P, Keessen W. Gait adaptations of young adult females to hand-held loads determined from ground reaction forces. Gait & Posture. 1993;1(3):154-60. ##

13. Faul F, Erdfelder E, Lang AG, Buchner A. G*Power 3: a flexible statistical power analysis program for the social, behavioral, and biomedical sciences. Behavior research methods. 2007;39(2):175-91. ##

14. Werner C, Lindquist AR, Bardeleben A, Hesse S. The influence of treadmill inclination on the gait of ambulatory hemiparetic subjects. Neurorehabilitation and neural repair. 2007;21(1):76-80. ##

15. Chow DH, Kwok ML, Au-Yang AC, Holmes AD, Cheng JC, Yao FY, et al. The effect of backpack load on the gait of normal adolescent girls. Ergonomics. 2005;48(6):642-56. ##

16. Li SSW, Chow DHK. Effects of backpack load on critical changes of trunk muscle activation and lumbar spine loading during walking. Ergonomics. 2018;61(4):553-65. ##

17. Chen Y-L, Mu Y-C. Effects of backpack load and position on body strains in male schoolchildren while walking. PLOS ONE. 2018;13(3):e0193648. ##

18. Vieira MF, Lehnen GC, Noll M, Rodrigues FB, de Avelar IS, da Costa PHL. Use of a backpack alters gait initiation of high school students. Journal of Electromyography and Kinesiology. 2016;28:82-9. ##

19. Naderi S, Mohammadipour F, Amir Seyfaddini MR. Kinematics of Lower Extremity During Forward and Backward Walking on Different Gradients. USWR. 2017;7(2):71-8. ##

20. Naderi S, Mohammadipour F, Amir Seyfaddini M. The Effects of Different Walking Inclinations on Knee Angle in the Frontal Plane of Patients with Varus Malalignment. USWR. 2014;4(3):139-44. ##

21. Zeni JA, Jr., Richards JG, Higginson JS. Two simple methods for determining gait events during treadmill and overground walking using kinematic data. Gait Posture. 2008;27(4):710-4. ##

22. Tura A, Raggi M, Rocchi L, Cutti AG, Chiari L. Gait symmetry and regularity in transfemoral amputees assessed by trunk accelerations. Journal of neuroengineering and rehabilitation. 2010;7:4. ##

23. Sadeghi H, Allard P, Duhaime M. Functional gait asymmetry in able-bodied subjects. Human Movement Science. 1997;16(2):243-58. ##

24. Gregg RD, Dhaher YY, Degani A, Lynch KM. On the mechanics of functional asymmetry in bipedal walking. IEEE transactions on bio-medical engineering. 2012;59(5):1310-8. ##

25. Gregg RD, Degani A, Dhaher Y, Lynch KM. The basic mechanics of bipedal walking lead to asymmetric behavior. IEEE  International Conference on Rehabilitation Robotics : [proceedings]. 2011;2011:5975459. ##

26. Mannheimer JS, Rosenthal RM. Acute and chronic postural abnormalities as related to craniofacial pain and temporomandibular disorders. Dental Clinics of North America. 1991;35(1):185-208. ##